Переделка Trumavent на 12 вольт с ШИМ регулятором

Попытка переделать раздув на вентилятор от компьютера оказалась неудачной. И дело даже не в том, что вентилятор не смог прокачать трубопровод, вовсе нет, результат меня в целом устраивал, а оказалось что все-таки  воздух слишком горячий. Через некоторое время пластик стал мягким и крыльчатка начала задевать за корпус. Родной трумовский раздув берет только 2/3 горячего воздуха и смешивает его с 1/3 холодного из “запечного” пространства. Видимо, это связано с необходимостью охлаждения электродвигателя.  В итоге я решил оставить конструкцию как есть, заменить только двигатель на 12В.
 
Под руки попался МЭ-11 – двигатель печки от УАЗа с городой надписью “Сделано в СССР” (Дата производства правда уже 1992 год). Такой двигатель сейчас можно купить в любом автомагазине, его цена около 150 руб.
 
Оказалось, что направление вращения не соответствует “улитке”. Но это проблемой не является – достаточно поменять полярность. Если же Вас, как и меня, не радует факт того, что “+” окажется на корпусе двигателя, а значит и на самой печке, то решение тоже есть. Откручиваем два винта на задней крышке, вынимаем крепежные пластины и вытаскиваем ротор в сборе с задней крышкой. После этого, отогнув отверткой крепежные пластины, вытаскиваем магниты и меняем их местами. Теперь двигатель вращается в нужную нам сторону.
 
Размер моторчика такой, что практически идеально встает на место Трумовского, но крепеж естественно не подходит. Можно было бы подрезать родные резиновые крепления, но я твердо решил не уродовать улитку настолько, чтобы потом нельзя было бы собрать родной мотор назад. 
 
В строительном магазине я купил две металлические пластинки.  Отверстия подошли идеально, но одну пластину пришлось обрезать болгаркой, а отверстия раззенковать под винт с потайной головкой – иначе он слишком сильно выступал бы и цеплял за крыльчатку. 
 
Кроме того при помощи болгарки был местами сточен небольшой буртик вокруг отверстия, назначение  которого мне непонятно. Так же был подпилен плюсовой болтик на самом двигателе, чтобы не упирался в корпус.
 
В хозяйстве нашлись резиновые прокладки от каких-то электроустановочных изделий, они хорошо вписались, чтобы выбрать оставшийся небольшой зазор между креплением и корпусом двигателя. Заодно резинки будут выполнять роль демпфера.
 
Перед сборкой конструкции прикрепляем провода питания. На гайку изготавливаем  колпачок из термоусадки от каких-либо неожиданностей.
 
Как все крепится – смотрите на фотографиях.
 
Теперь к электрической части. В оригинальном моторе используется регулятор на балластных резисторах, эффективность которого, мягко говоря, не самая высокая. По крайней мере, при автономной работе, греть воздух электричеством – это расточительство. Принято решение ставить ШИМ регулятор, потери на котором составляют не более 1%. Готовое решение есть у “Мастер-Кит”, в Микронике 330р уже собранный.  
 
Недостаток ШИМ – свист обмоток двигателя. Проблема решается подбором задающего конденсатора C2. Опытным путем подобрал оптимальный вариант -  3 mF(три штуки в параллель по 1mF). Еще заменил потенциометр на аналогичный, но с креплением на корпус при помощи гайки. Добавил разъемы для удобства.  В инструкции написано, что до 10А радиатор не требуется, но я повесил небольшую пластину. 
 
Задумывалось все это для получения энергоэффективной альтернативы варианту работы через  инвертор (преобразователь 12 – 220) в условиях отсутствия стационарного подключения 220В. Для получения итогов все сравнения нового двигателя будем проводить именно с этой системой. Замеряем расход элекроэнерии от аккумулятора (силу тока) и скорость выходного воздушного потока из “раздувалки”.  Поскольку воздухопроводы остались теми-же, то скорость воздушного потока прямо пропорциональна объему прокачиваемого воздуха. Конструкция воздухозаборника тоже не изменилась (часть воздуха холодная и  покачивается через двигатель), поэтому температуру исключаем из измерений.
 
Еще пару слов о том, что же представляет из себя “энергоэффективность” – это отношение объема прокаченного воздуха к потраченной электроэнергии, т.е. объем воздуха, который удается прокачать за единицу электроэнергии. Чем выше параметр эффективности, тем выше КПД системы в целом.
 
Поскольку на 12 вольтовом ШИМе регулировка происходит плавно, в отличие от родного, ступенчатого регулятора, то для первого измерения, выбираем такое положение, при котором скорость воздушного потока с 12В движком равняется скорости потока на  позиции регулятора “1” двигателя 220В.  Последнее измерение – максимум. 
 
Как видите эффективность 12В двигателя на малых оборотах в 2.5 раза выше, чем у системы “инвертор-двигатель 220В”. 12-вольтовый двигатель проигрывает в максимальной мощности воздушного потока своему высоковольтному собрату 11.8 м/с против 12.5, но даже на высоких оборотах, где ШИМ-регулятор теряет свое  преимущество, эффективность 12-вольтового двигателя в 2 раза выше!  Связано это с тем, что измеряем КПД системы в целом, а для 220-вольтового варианта, помимо потерь на балластных резисторах, происходят потери на преобразовании 12-220, где  с повышением мощности возрастают и потери.  Хочу особо отметить, что испытания проводились на одном из самых слабых инверторов 300Вт. Для обладателей более мощных, потери на преобразовании напряжения будут еще выше! 
 
Ну и еще, в процессе изучения полученных результатов выяснился интересный факт: для двигателя 220В, самой эффективной (с энергетической точки зрения) является 3-ая “передача”.  Здесь КПД самый высокий (оптимальная скорость вращения барабана). Говоря человеческим языком: больше всего перекачается воздуха, прежде чем сядет аккумулятор.  Для 12 вольтового двигателя аналогичный эффект слабо выражен, поскольку значительно перекрывается эффективностью ШИМ регулятора на малых оборотах. 



После того как была опубликована эта статья, посыпались упреки, что при рассчете не учитывалость сопротивление воздуховодов, а так же с возможным проседанием напряжения при повышенной нагрузке на АКБ от UPS. Поэтому замеры были проведены повторно, с моделированием увеличенного сопротивляния. Для этого был взят шланг от пылесоса, который хоть и не длинный, но зато не такой широкий. Чтобы совсем не сладко было, на выходе был прикреплен анемометр таким образом, чтобы весь поток проходил через него. 

Чтобы не было вопросов связанных с проседанием напряжения на аккумуляторе, сегодня замеры проводились с подключенным зарядным устройством, на котором было жестко зажато напряжение 13.2В.

Оказывается, 220В движок более чувствителен к сопротивлению трубопроводов. Мало того, с увеличением сопротивления резко возросло и потребление электроэнергии на малых оборотах у оригинального движка! Скорее всего, сопротивление было создано слишком большое и на деле будет нечто среднее, между первым экспериментом и вторым.  Но тут важен факт, что тенденция не такая, как изначально ожидалась, что 12В мотор будет "дохлым" - наоборот!

Насчет того, что моторчик 220В - 60 Ватт, а 12В всего 25Вт, то это же потребляемая электрическая мощность, а никак не мощность на валу двигателя.  Эти 60 Ватт надо умножать на КПД этого двигателя. Асинхронному двигателю на 220В необходимо еще генерировать магнитное поле, которое у 12-вольтового двигателя статичное и вырабатывается за счет постоянных магнитов. Так что видимо КПД самого движка, умноженный на КПД системы с балластными резисторами и преобразователем 12-220, дает такой результат. 

Скрыть заголовок